聚酯纤维对SMA性能影响的研究(DOC6)

聚酯纤维对 SMA 性能影响的研究
廖卫东 1 吴少鹏 2 张继宁 3 薛永杰 2
（1. 湖北武黄高速公路大修工程指挥部，武汉 430074；2.武汉理工大学，武汉 430070；
深圳市众一工程材料有限公司，深圳 518031）
摘要：纤维复合材料是常用的道路工程材料之一，SMA 是通过在沥青混合料掺入纤维以
提高混合料路用性能的一种典型复合材料。本研究以聚酯纤维、玄武岩以及 SBS 改性沥
青作为原材料，对不同纤维掺量下的 SMA 混合料的路用性能进行试验、分析，利用多重
回归分析，预测出了聚酯纤维在 SMA 中的最佳掺量。
关键词：聚酯纤维 SMA 最佳掺量 增强机理 多重回归
随着我国公路事业的迅猛发展，现代交通越来越向着密度大、轴载重、渠化交通的
方向发展，因此对沥青路面面层的路用性能也提出了更高的要求。在众多改善面层使用
性能的措施当中，在沥青混合料中掺加纤维添加剂更是国内外广大研究人员常用的一种
方法。近年来日益推广的 SMA（Stone Mastic Asphalt）混合料则主要以提高沥青路面的
全面使用性能为设计理念，在高温稳定性能、低温抗裂性能、耐久性能方面表现出了优势。
它与普通沥青混合料最大的区别就在于纤维稳定剂的使用。
通常根据纤维的种类的不同，纤维的掺量在一个范围内是变化的。在我国大部分 SMA
工程实例中，纤维掺量的确定更多的是依据经验设计，这样往往难以达到纤维的最佳掺
量，同时，由于纤维的使用是 SMA 混合料设计的关键，因此确定最佳的纤维掺量有助于
体现 SMA 优良的路用性能。本研究主要目的就是通过评价在聚酯纤维不同掺量下的 SMA
混合料的体积以及路用性能，找出使用该纤维的一个最佳掺量用于指导混合料的设计以
及 SMA 路面施工。
1 原材料
1.1 纤维
本次试验使用的是美国菲特尔德 A1 聚酯纤维。聚酯纤维同沥青一样，也是一种典型
的石油化工产品。该类纤维具有在很大的温度变化范围内不脆化、不变形的优点。并且
每根纤维都是独立的，可以很好的和沥青结合。图 1 是该聚酯纤维的扫描电镜照片。主
要的技术指标如表 1 所示。
表 1 菲特尔德 A1 聚酯纤维技术
参数
纤维湿度
7%
Denier
4.5
直径
0.022mm
长度
6.35mm
比重
1.34
熔点
249℃
抗拉强度
552Mpa
断裂延伸率
30%
图 1 聚酯纤维扫描电镜
2 试验与分析
2.1 马歇尔试验
本次试验选用的级配为 SMA-13，其合成级配以及曲线如下。
表 2 SMA-13 合成级配
孔径（mm）
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
合成级配（%）
100
92.9
69.0
29.4
21.2
17.6
15.7
14.6
11.9
10.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
筛孔尺寸(mm)
通过率(%)
级配上限
级配下限
中值
级配曲线
图 2 SMA-13 级配曲线
通常所说的纤维掺量是纤维占全部混合料的质量的百分比。纤维掺量的不同，在混
合料中的分散性，有效比表面积以及对混合料加强作用也不尽相同。本文选择了 SMA-13
型混合料以及聚酯纤维进行试验，纤维掺量分别选择了 0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、
0.35%、0.40%。马歇尔试验结果如表 3 所示。
表 3 纤维掺量对马歇尔试验结果的影响
纤维掺量
（%）
最佳油石
比（%）
密度
（g/cm3
）
空隙率
（%）
VMA
（%）
稳定度
（KN）
0.15
5.58
2.541
3.1
17.5
10.62
0.20
5.78
2.532
3.5
18.1
12.29
0.25
5.90
2.530
3.8
18.4
15.06
0.30
6.15
2.525
4.1
18.7
15.20
0.35
6.20
2.518
4.7
18.8
14.98
0.40
6.18
2.502
5.2
19.2
13.57